实验六 红外探测导航、超声波传感器测距导航

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1、智能机器人实验报告级：01540802 班名：南征号：20080705信息与电子学院实验六红外探测导航、超声波传感器测距导航08级通信工程专业01540802班 南征（20080705） 第11组I红外探测导航一、实验目的学习机器人通过红外探测器进行判别、实现避障导航、循迹运动。二、实验仪器设备Boe-Bot机器人小车、PC机、红外发光管、红外探测器、220欧姆电阻、470欧姆、 1K欧姆、2K欧姆等。三、实验内容1. 连接并测试红外探测器组合；2. 物体探测、红外干涉、及探测范围的测试；3. 物体探测、避障导航；4. 跌落探测器。四、实验原理红外探测器组合包括红外灯和红外探测器。红外灯（IR

2、 LED）发出频率比红光低且 波长比红光长（红光波长780nm）的光。Boe-Bot使用红外灯作为前灯发射出红外线， 如图6-1-1所示，同时，红外线照射到障碍物并以Boe-Bot的方向反弹回来，红外探测 器接收到由目标反射回来的红外线，并发送信号给Boe-Bot的大脑BASIC Stamp，对基 于传感器的输入做出判断，并操作伺服电动机运动。红外探测器具有电子滤波器，它仅 允许频率大约在38.5kHz的波通过。五、实验步骤1. 连接并测试红外探测器组合IRLEDTestLeftIrPair.bs2Left 旧 FairRight IRPIiVddirDetectLeft VAR BitDOF

3、REQOUT 8, 1, 38500 irDetectLeft = IN9DEBUG HOME, irDetectLeft = , BIN1 irDetectLeftPAUSE 100LOOP在距离左侧IR组合一英寸前放置一个物体，例如你的手或一张纸，注意观察当 你把物体放在IR组合前方的时候，Debug Terminal窗口中是否会显示一个0，而当 你把物体从IR组合前方移开的时候，是否会显示一个1。将 TestLeftIrPairbs2 另存为 TestRightIrPair.bs2；把 TestLeftIrPairbs2 中变量 irDetectLeft 的名称改为 irDetectRi

4、ght；把FREQOUT命令中自变量Pin的值从8改为2；把由irDetectRight变量所监测的输入寄存器IN9改为IN0；对右侧IR组合重复测试步骤。2.物体探测、红外干扰、及探测范围的测试22QQ220 ?左倒IR组合右侧ir组输入、保存并运行程序 TestIrPairsAndIndicators.bs2TestIrPairsAndIndicators.bs2Variables irDetectLeft VAR BitirDetectRight VAR BitInitialization DEBUG Testing piezospeaker.FREQOUT 4, 2000, 3000D

5、EBUG CLS,IR DETECTORS, CR,Left Right, CR,MainRoutine DOFREQOUT 8, 1, 38500irDetectLeft = IN9FREQOUT 2, 1, 38500irDetectRight = IN0IF (irDetectLeft = 0) THENHIGH 10ELSELOW 10ENDIFIF (irDetectRight = 0) THENHIGH 1ELSELOW 1ENDIFDEBUG CRSRXY, 2, 3, BIN1 irDetectLeft,CRSRXY, 9, 3, BIN1 irDetectRightPAUSE

6、 100LOOP观察Debug Terminal窗口显示“Testing piezospeaker”时，扬声器是否发出了 清晰响亮的声音。使用Debug Terminal窗口来观察当有物体放在Boe-Bot前方时，是否仍然接收 到一个0。观察当探测器探测到物体时，每个探测器旁的LED灯是否变亮。如果有一个或 者两个LED灯都不能工作，请检查你的接线和程序。红外干扰：如果探测范围内没有任何物体，但是Boe-Bot还是提示你它探测到了某些物体， 那么这意味着附近的光源正在发出频率接近的38.5kHz的IR光。可以产生红外干涉 的设备包括：荧光灯镇流器、手持遥控器、电视机、录像机、CD/DVD播放器

7、等。1)输入、保存并运行程序 IrInterferenceSniffer.bs2 IrInterferenceSniffer.bs2counter VAR NibDEBUG IR interference not detected, yet., CRDOIF (IN0 = 0) OR (IN9 = 0) THENDEBUG IR Interference detected!, CRFOR counter = 1 TO 5HIGH 1HIGH 10FREQOUT 4, 50, 4000LOW 1LOW 10PAUSE 20NEXTENDIFLOOP2) 断开Boe-Bot与串口线的连接，让它面对

8、你操作区域内的荧光灯。如果你 频繁收到警报，这就意味着环境存在红外干扰，请在利用IR探测物体前关闭荧 光灯。探测范围：通过使Boe-Bot的红外LED前灯变得更亮，你可以增大它的探测范围。流 经LED的电流变变大是导致它更亮的原因。在本操作中，你将利用红外LED来 检测不同阻值电阻对亮度的影响。1) 打开并运行程序 TestIrPairsAndIndicators.bs22) 用一把尺子，测量IR LED所能探测到的最远的纸片与IR LED之间的距离。3. IR物体探测和避障导航 RoamingWithIr.bs2DEBUG Program Running!Variables irDetect

9、Left VAR BitirDetectRight VAR BitpulseCount VAR ByteInitialization FREQOUT 4, 2000, 3000 Signal program start/reset.MainRoutine DOFREQOUT 8, 1, 38500 Store IR detection values in bit variables.irDetectLeft = IN9 FREQOUT 2, 1, 38500irDetectRight = IN0IF (irDetectLeft = 0) AND (irDetectRight = 0) THEN

10、GOSUB Back_Up Both IR pairs detect obstacleGOSUB TurnLeftGOSUB Turn_LeftELSEIF (irDetectLeft = 0) THEN Left IR pair detectsGOSUB Back_UpGOSUB Turn_RightELSEIF (irDetectRight = 0) THEN Right IR pair detectsGOSUB Back_UpGOSUB Turn_LeftELSE Both IR pairs 1, no detectsGOSUB Forward_PulseENDIFLOOPSubrout

11、ines Forward_Pulse:PULSOUT 13,850PULSOUT 12,650PAUSE 20RETURNTurn_Left:FOR pulseCount = 0 TO 20PULSOUT 13,650PULSOUT 12, 650PAUSE 20NEXTRETURNTurn_Right:FOR pulseCount = 0 TO 20PULSOUT 13, 850PULSOUT 12, 850PAUSE 20NEXTRETURNBack_Up:FOR pulseCount = 0 TO 40PULSOUT 13,650PULSOUT 12, 850PAUSE 20NEXTRE

12、TURN4. 跌落探测器Boe-Bot在一张桌子上漫游，调整它的IR探测器向下望去，编程使Boe-Bot在 桌面上进行导航动作而不越过边缘跌落。 AvoidTableEdge.bs2DEBUGProgram Running! irDetectLeft VAR Bit Variable declarations.irDetectRight VAR BitpulseLeft VAR WordpulseRight VAR WordloopCount VAR BytepulseCount VAR ByteFREQOUT 4,2000,3000 Signal program start/reset.DO

13、 Main Routine.FREQOUT 8,1,38500 Check IR detectors.irDetectLeft=IN9FREQOUT 2,1,38500irDetectRight=IN0Decide navigation.IF(irDetectLeft=0)AND(irDetectRight=0)THENpulseCount=1 Both detected,pulseLeft=850 one pulse forward.pulseRight=650ELSEIF(irDetectRight=1)THEN Right not detected, pulseCount=10 10 p

14、ulses left.pulseLeft=650pulseRight=650ELSEIF(irDetectLeft=1)THEN Left not detected,pulseCount=10 10 pulses right.pulseLeft=850pulseRight=850ELSE Neither detected.pulseCount=15 back up and try again.pulseLeft=650pulseRight=850ENDIFFOR loopCount=1 TO pulseCount Send pulseCount pulsesPULSOUT 13,pulseLe

15、ftPULSOUT 12,pulseRightPAUSE 20NEXTLOOP六、思考题1.命令FREQOUT 2,1,38500发送的谐波频率是多少？该命令发送的基本频率的 值是多少？这些信号的持续时间是多长？为了发送该信号，IR LED电路必须与 哪个I/O引脚相连？命令FREQOUT 2,1,38500发送的谐波频率是38500Hz，该命令发送的基本频率 的值是38500,这些信号的持续时间是1ms。为了发送该信号，IR LED电路必须与2、8 I/O引脚相连。2. 如果IR探测器发送一个低信号，这意味着什么呢？当探测器发送一个高信号 时，又意味着什么呢？如果IR探测器发送一个低信号，这

16、意味着其探测到前方的物体，当探测器发 送一个高信号时，意味着前方没有探测到物体。3. 设计一个Boe-Bot的应用程序，使它一直做原地旋转，直到它探测到了某个物 体。一旦它探测到物体后，它就锁定物体并追踪该物体。 AvoidTableEdge.bs2DEBUGProgram Running!irDetectLeft VAR Bit Variable declarations.irDetectRight VAR BitpulseLeft VAR WordpulseRight VAR WordloopCount VAR BytepulseCount VAR ByteFREQOUT 4,2000,3

17、000 Signal program start/reset.DO Main Routine.FREQOUT 8,1,38500 Check IR detectors.irDetectLeft=IN9FREQOUT 2,1,38500irDetectRight=IN0Decide navigation.IF(irDetectLeft=0)AND(irDetectRight=0)THENpulseCount=1 Both detected,pulseLeft=650 one pulse forward.pulseRight=850ELSEIF(irDetectRight=1)THEN Right

18、 not detected,pulseCount=10 10 pulses left.pulseLeft=750pulseRight=850ELSEIF(irDetectLeft=1)THEN Left not detected,pulseCount=10 10 pulses right.pulseLeft=650pulseRight=750ELSE Neither detected.pulseCount=15 back up and try again.pulseLeft=850pulseRight=850ENDIFFOR loopCount=1 TO pulseCount Send pul

19、seCount pulsesPULSOUT 13,pulseLeftPULSOUT 12,pulseRightPAUSE 20NEXTLOOPII.超声波传感器测距导航一、实验目的学习超声波传感器的原理，掌握使用超声波传感器来测量物体的距离及导航。二、实验仪器设备Boe-Bot机器人小车组件，PC机，Parallax 2X16 Serial LCD,超声波传感器， 3-pin插座。三、实验内容1. 测试超声波传感器回音时间及范围；2. 测试目标距离值；3. 利用超声波传感器控制小车，并在LCD上显示测量值。四、实验原理超声波传感器是利用超声波喇叭传送一个短波并用超声波麦克风测量回音回来的 时间

20、。Basic Stamp传送一个脉冲波使超声波传感器启动，超声波传感器就会传送40kHz 的音频信号，并输出一个High信号到Basic Stamp0当超声波传感器侦测到回音时， 信号就由High转为Low。PULSIN在Basic Stamp程序中是用来储存从超声波传感器的High信号时间长短。 这时间就是超声波从传感器出发到物体被反弹所经过的时间，只要乘上声音在空气的速 度就可以知道距离了。本实验使用超声波传感器测量范围为3cm - 3.3m。五、实验步骤1. 测试超声波传感器回音时间及范围 PingTest.bs2time VAR WordDOPULSOUT 15, 5PULSIN 15

21、, 1, timeDEBUG HOME, time = , DEC5 timePAUSE 100LOOP观察DEBUG Terminal上显示的数值大小。移动目标到传感器前30 cm，观察并 证明time变量的值大约多一倍。将传感器移近目标，并观察时间测量值。将超声波传感器放在离墙壁1m远的地方，记录测试值。然后，将传感器放在 不同的角度上，观察测试值有改变吗？传感器开始无法测试的角度为多少？2. 测试目标距离值PingMeasureCm.bs2CmConstant CON 2260cmDistance VAR Wordtime VAR WordDOPULSOUT 15, 5PULSIN 15

22、, 1, timecmDistance = CmConstant * timeDEBUG HOME, DEC3 cmDistance, cmPAUSE 100LOOP3. 利用超声波传感器控制小车，并在LCD上显示测量值PingLcdCm.bs2CmConstant CON 2260cmDistance VAR Wordtime VAR Wordi VAR WordPAUSE 200SEROUT 14, 84, 22, 12PAUSE 5DEBUG CLS,.DOPULSOUT 15, 5PULSIN 15, 1, timePULSOUT 13,850PULSOUT 12,650Pause 2

23、0cmDistance = cmConstant * timeIF(cmDistance5) THENFOR i=10 TO 90 STEP 20PULSOUT 13,850-iPULSOUT 12,650+iNEXTELSEIF(cmDistance5)THENPULSOUT 13,750PULSOUT 12,750ENDIFDEBUG HOME, time= ,DEC3 timeSEROUT 14, 84, 128, DEC3 cmDistance, cmSEROUT 14, 84, 148, DEC3 time, msPAUSE 100LOOP六、思考题1. 什么因素会影响到超声波传感器

24、的数据？波长等因素会影响超声波传感器的精度，其中最主要的影响因素是温度。超声波 传感器变化的声波速度，因而许多超声波传感器具有温度补偿的特性。空气温度与湿度会影响声波的行程时间。空气温度每上升20ºC，检测距离 至多增加3.5%。在相对干燥的空气条件下，湿度的增加将导致声速最多增加2%。气压、气流对超声波传感器的数据也会产生一定的影响，但在一定范围内微不足 道。2. 超声波传感器的检测死区是由什么原因造成的？测试的最小角度为多少？直接反射式超声波传感器不能可靠检测位于超声波换能器前段的部分物体。由此， 超声波换能器与检测范围起点之间的区域被称为盲区。传感器在这个区域内必须保持 不被阻

25、挡。当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探测的距离和实际距离有个三角误差。在特定的角度下，发出的声波被光滑的物体镜面反射出去，因此无法产生回波， 也就无法产生距离读数。这时超声波传感器会忽视这个物体的存在。在探测墙角或者类似结构的物体时，声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此 实际的探测值并不是真实的距离值。七、实验心得本次实验运用红外探测器和超声波传感器实现导航。与之前实验中用到的传感器相 比，本次使用的这两种传感器要更为稳定，干扰因素较小。但是在实验过程中仍然遇到 了一些问题。传感器探头的角度对于探测的精度有很大的影响，因此在今后的实验过程 中传感器探头的固定问题要引起注意。另外，在探测到物体时，如果立即令机器人小车 转变工作状态，可能造成小车的不稳定甚至翻车，这也是需要注意的问题，今后在程序 的编写中应当加入缓冲过程。